我国面临的变压器直流偏磁危害

随着我国电力发展战略的逐步实施，长距离、大容量且经济高效的输电技术日益成为我国电网建设的首要选择，而高压/特高压直流输电技术恰好迎合了这一需求。自从1987年国内第一条直流输电工程—浙江大陆–舟山本岛工程投运，直流输电技术开始在我国得到了快速发展。由于输送容量大、损耗低、输送距离远、控制方式灵活、线路无需无功补偿及联网方便等优点，超/特高压直流输电在我国的电力建设工程中效益日益显现。我国作为世界上直流输电工程最多的国家，装机总容量和单机容量为世界之最，目前已有超过40个建成/在建/规划中的直流输电工程，天中特高压工程额定输送功率达到了8000MW。国家电网公司已投运的向上、锦苏、天中、溪浙四大特高压直流工程初步构建了连接我国西北煤电、风电基地，西南水电基地和东中部负荷中心的能源配置平台。随着我国电力发展战略的逐步实施，长距离、大容量的超/特高压直流输电工程，在我国电网建设中所占比例也越来越高，地位也越来越重要。截止2014年，我国直流输电系统已投用容量约占世界容量的79%。

以天中直流输电工程为成书背景。哈密–郑州±800kV特高压直流工程(简称“天中直流”)，是我国自主设计、制造和建设，目前世界输送容量最大直流工程，起点在新疆哈密南部能源基地，落点河南郑州，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南六省(区)。输电能力将达800万千瓦，成为连接西部边疆与中原地区的“电力丝绸之路”。作为国家“十二五”期间实现疆电外送途经宁夏的重要通道，承担着新疆火电、风电打捆外送的重要任务，具有远距离、大容量、低损耗、环保、节约土地资源等优点，有利于促进我国能源基地的开发利用，实现大煤电的集约化开发，提高能源资源的开发和利用效益，缓解中东部地区的缺电局面。

为了评估天中直流工程对交流电网的影响，在天中直流工程投运后，通过试验，当在直流极注入–500A直流电流时，通过调整哈密电网相关220kV和110kV变电站接地网的运行方式时，此时哈密地区某750kV变电站220kV侧中性点的直流为12.61A。而在单极运行接地极注入电流最大达到–5000A时，该750kV变电站中性点的直流电流最大值可能达到126.1A，从而对电力系统造成极为严重的直流偏磁危害。因此，如何治理变压器直流偏磁问题显得极为迫切。

除了新疆地区，我国许多省份电网均出现过直流输电工程带来的直流偏磁危害。早在2001年，南方电网贵州高坡–广东肇庆直流输电工程调试运行的时候，贵州500kV安顺变电站就出现了直流偏磁现象。2002年12月湖北龙泉–江苏政平500kV直流输电工程开始调试和试运行以来，常州武南两组500kV主变压器中性点直流电流达到了12.8A，噪声最高达91.4dB。2004年5月贵州高坡–广东肇庆直流输电在单极大地回线运行方式下，广东电网220kV春城站主变压器中性点直流电流达到34.5A，噪声达到了93.9dB，谐波电压总畸变率达2.1%。2004年3月3日，天广直流和三广直流同时同极性单极大地回线运行时，岭澳主变中性点最大直流电流达到43A[12, 23, 24]。自从2002年广东境内数个直流输电系统投运以来，岭澳核电站主变压器先后发现不同程度的铁心绑带松脱、铁心柱弯曲、铁心片叠片串片等问题；两台变压器还由于铁心柱严重弯曲和铁心片叠片串片，造成绕组内部短路，不得不返厂维修。

并联电容器也会遭受变压器发生直流偏磁的不利影响。正常情况下，电力系统中的谐波主要为3次和5次谐波，故在并联补偿电容器的串联电抗率设计中，一般也是考虑3次和5次谐波。在变压器发生直流偏磁时，励磁电流谐波分布变广、含量增加，可能会造成补偿电容器组发生谐波放大甚至谐振，危害电容器组的安全运行。在三广直流输电系统发生单极大地回线运行时，广东电网500kV惠州变电站监测到主变低压侧第2、3组电容器的4次谐波电流有效值达到200A。由于谐波电流严重超标，第2、3组电容器曾先后发生过5次爆炸事故。

由此我们可以看出，变压器直流偏磁是由变压器铁心材料非线性引发的一系列对交流系统影响甚广的问题，目前已经对我国多个交流系统产生了诸多不良影响。目前，我国由直流输电入地电流引发的直流偏磁问题突出，交流系统的安全运行面临严峻考验。